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| CTスキャン | |
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 最新のCTスキャナ（2021年）、光子計数CT（シーメンスNAEOTOM Alpha） | |
| その他の名前 | X線コンピュータ断層撮影（X線CT）、コンピュータ体軸断層撮影（CATスキャン）、[1]コンピュータ支援断層撮影、コンピュータ断層撮影 |
| ICD-10-PCS | B?2 |
| ICD-9-CM | 88.38 |
| メッシュ | D014057 |
| OPS-301 コード | 3–20...3–26 |
| メドラインプラス | 003330 |
コンピュータ断層撮影（CTスキャン）は、以前はコンピュータ体軸断層撮影（CATスキャン）と呼ばれ、体内の詳細な画像を取得するために使用される医療用画像技術です。 [2] CTスキャンを実行する人員は、放射線技師または放射線技師と呼ばれます。[3] [4]
CT スキャナーは、回転するX 線管とガントリー内に配置された一連の検出器を使用して、体内のさまざまな組織によるX 線の減衰を測定します。さまざまな角度から取得された複数のX 線測定値は、断層撮影再構成アルゴリズムを使用してコンピューターで処理され、体の断層撮影(断面) 画像 (仮想「スライス」) が作成されます。CT スキャンは、金属インプラントやペースメーカーを装着している患者で、磁気共鳴画像法(MRI) が禁忌となっている場合に使用できます。
1970年代に開発されて以来、CTスキャンは多用途の画像化技術であることが証明されています。CTは主に医療診断に使用されていますが、無生物の画像化にも使用できます。1979年のノーベル生理学・医学賞は、南アフリカ系アメリカ人の物理学者アラン・マクロード・コーマックとイギリスの電気技師ゴッドフリー・ハウンズフィールドに「コンピュータ支援断層撮影法の開発」に対して共同で授与されました。 [5] [6]
種類
画像の取得と手順に基づいて、さまざまな種類のスキャナーが市場で入手可能です。
連続CT
シーケンシャルCTは、ステップアンドシュートCTとも呼ばれ、CTテーブルが段階的に移動するスキャン方法の一種です。テーブルは特定の位置まで移動して停止し、その後X線管が回転してスライスが撮影されます。その後、テーブルは再び移動し、別のスライスが撮影されます。スライスを撮影している間、テーブルの動きは停止します。これにより、スキャン時間が長くなります。[7]
スパイラルCT
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スピニングチューブは、一般的にスパイラルCTまたはヘリカルCTと呼ばれ、 X線管全体をスキャン対象領域の中心軸の周りを回転させる画像化技術です。これらは、製造期間が長く、製造および購入コストが低いため、市場で主流のタイプのスキャナです。このタイプのCTの主な制限は、機器（円の反対側にあるX線管アセンブリと検出器アレイ）のかさばりと慣性であり、これにより機器の回転速度が制限されます。一部の設計では、時間分解能を向上させる技術として、角度によってオフセットされた2つのX線源と検出器アレイを使用しています。[8] [9]
電子線トモグラフィー
電子線断層撮影（EBT）は、CTの特殊な形式であり、X線管を十分に大きなサイズに構築し、偏向コイルを使用して、X線管の陰極と陽極の間を移動する電子の経路のみを回転させます。[10]このタイプには、スイープ速度がはるかに高速であるため、心臓や動脈などの移動構造のぼやけた画像化が少ないという大きな利点がありました。[11]この設計のスキャナーは、主に、はるかに大きなX線管と検出器アレイの構築に関連するコストが高く、解剖学的カバレッジが限られているため、回転管タイプと比較して生産される数が少なくなっています。[12]
デュアルエネルギーCT
デュアルエネルギーCTはスペクトルCTとも呼ばれ、2つのエネルギーを使用して2つのデータセットを作成するコンピュータ断層撮影の進歩です。[13]デュアルエネルギーCTは、デュアルソース、デュアル検出器層を備えたシングルソース、エネルギースイッチング方式を備えたシングルソースを使用して、2つの異なるデータセットを取得します。[14]
- デュアルソースCTは、従来の単一管システムとは異なり、2つのX線管検出器システムを備えた高度なスキャナーです。[15] [16]これらの2つの検出器システムは、同じ平面で90°で単一のガントリーに取り付けられています。[17]デュアルソースCTスキャナーは、半回転で完全なCTスライスを取得することで、より高い時間分解能で高速スキャンを可能にします。高速イメージングにより、高心拍数でのモーションブラーが軽減され、息止め時間が短くなる可能性があります。これは、息を止めるのが難しい病気の患者や、心拍数を下げる薬を服用できない患者に特に役立ちます。[17] [18]
- エネルギー切り替え機能付きシングルソースCTは、エネルギーを頻繁に切り替えることで単一の管球を2つの異なるエネルギーで作動させるデュアルエネルギーCTの別のモードである。[19] [20]
CT灌流画像
CT灌流イメージングは、造影剤を注入しながら血管を通る血流を評価するための特別な形式のCTです。[21]血流、血液通過時間、臓器の血液量はすべて、妥当な感度と特異性で計算できます。[21]このタイプのCTは心臓に使用できますが、異常を検出するための感度と特異性は他の形式のCTよりも低いです。[22]これは脳にも使用できます。脳では、CT灌流イメージングにより、従来のスパイラルCTスキャンで検出されるよりもずっと前に、脳灌流不良を検出できることがよくあります。[21] [23]これは他のCTタイプよりも脳卒中の診断に適しています。[23]
PET-CT検査
陽電子放出断層撮影-コンピュータ断層撮影は、単一のガントリーに陽電子放出断層撮影（PET）スキャナとX線コンピュータ断層撮影（CT）スキャナを組み合わせたハイブリッドCTモダリティであり、同じセッションで両方のデバイスから連続画像を取得し、それらを1つの重ね合わせた（共登録された）画像に組み合わせます。したがって、体内の代謝または生化学的活動の空間分布を描写するPETによって取得された機能画像は、CTスキャンによって取得された解剖学的画像とより正確に位置合わせまたは相関させることができます。[24]
PET-CTは検査対象の臓器の解剖学的および機能的詳細を提供し、さまざまな種類の癌の検出に役立ちます。[25] [26]
医療用途
1970年代に導入されて以来、[27] CTは従来のX線画像診断や医療用超音波検査を補完する重要な医療用画像診断ツールとなっている。最近では、大腸がんリスクの高い人に対するCTコロノグラフィーや、心臓病リスクの高い人に対するフルモーション心臓スキャンなど、予防医学や病気のスクリーニングにも使用されている。いくつかの施設では一般の人々に全身スキャンを提供しているが、この方法は主に放射線量の影響により、この分野の多くの専門組織のアドバイスや公式見解に反している。[28]
CTスキャンの使用は、過去20年間で多くの国で劇的に増加しました。[29]米国では2007年に推定7,200万回のスキャンが行われ、2015年には8,000万回以上行われました。[30] [31]
頭
頭部CTスキャンは、通常、梗塞（脳卒中）、腫瘍、石灰化、出血、骨外傷の検出に使用されます。[32]上記のうち、低密度（暗い）構造は浮腫や梗塞を示し、高密度（明るい）構造は石灰化と出血を示し、骨外傷は骨窓の分離として確認できます。腫瘍は、腫瘍によって引き起こされる腫れや解剖学的歪み、または周囲の浮腫によって検出できます。頭部CTスキャンは、Nローカライザーと呼ばれるデバイスを使用して、頭蓋内腫瘍、動静脈奇形、およびその他の外科治療可能な状態の治療のためのCTガイド下定位手術および放射線手術にも使用 されます。[33] [34] [35] [36] [37] [38]
ネック
造影CTは、成人の頸部腫瘤に対する最初の検査として一般的に選択される。 [39] 甲状腺CTは、甲状腺癌の評価において重要な役割を果たしている。 [40] CTスキャンでは、偶然に甲状腺異常が発見されることが多く、そのため、甲状腺異常の検査方法として好まれることが多い。[40]
肺
CTスキャンは、肺実質（肺の組織）の急性および慢性の変化を検出するために使用できます。[41]通常の2次元X線ではこのような欠陥が示されないため、特にここで重要です。疑われる異常に応じて、さまざまな技術が使用されます。肺気腫や線維症などの慢性間質性プロセスの評価には、[42]高空間周波数再構成を備えた薄切片が使用され、多くの場合、吸気と呼気の両方でスキャンが実行されます。この特別な技術は高解像度CTと呼ばれ、連続画像ではなく肺のサンプルを生成します。[43]
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気管支壁の肥厚は肺CTで確認でき、通常は（常にではないが）気管支の炎症を意味します。[44]
症状がない状態で偶然に見つかった結節（偶発腫と呼ばれることもある）は、良性または悪性の腫瘍である可能性があるという懸念を引き起こす可能性がある。[45]おそらく恐怖心から、患者と医師は結節の監視を試みるために、推奨ガイドラインを超えて3か月ごとにCTスキャンの集中スケジュールに同意することがある。[46]しかし、確立されたガイドラインでは、がんの既往がなく、固形結節が2年間にわたって成長していない患者は悪性がんである可能性は低いとアドバイスされている。[46]このため、集中的な監視がより良い結果をもたらすことを裏付ける証拠を示す研究はなく、CTスキャンに伴うリスクがあるため、患者は確立されたガイドラインで推奨されている以上のCTスクリーニングを受けるべきではない。[46]
血管造影検査
コンピュータ断層撮影血管造影（CTA）は、体全体の動脈と静脈を視覚化する造影CTの一種です。 [47]対象は、脳に血液を供給する動脈から、肺、腎臓、腕、脚に血液を供給する動脈まで多岐にわたります。この種の検査の一例として、肺塞栓症（PE）の診断に使用されるCT肺血管造影（CTPA）があります。これは、コンピュータ断層撮影とヨウ素系造影剤を使用して肺動脈の画像を取得します。[48] [49] [50] CTスキャンは、検査前に血栓の位置と数に関する詳細な情報を臨床医に提供することで、血管造影のリスクを軽減できます。[51] [52]
心臓
心臓CTスキャンは、心臓や冠動脈の解剖学に関する知識を得るために行われます。[53]伝統的に、心臓CTスキャンは冠動脈疾患の検出、診断、または経過観察に使用されています。[54]最近では、CTは急速に進化する経カテーテル構造的心臓介入、より具体的には心臓弁の経カテーテル修復および置換の分野で重要な役割を果たしています。 [55] [56] [57]
心臓 CT スキャンの主な形式は次のとおりです。
- 冠動脈CT血管造影（CCTA）：CTを使用して心臓の冠動脈を評価する検査。被験者は静脈内に造影剤を注射され、その後、高速CTスキャナを使用して心臓をスキャンし、放射線科医が冠動脈の閉塞の程度を評価し、通常は冠動脈疾患を診断することができます。[58] [59]
- 冠動脈CTカルシウムスキャン：冠動脈疾患の重症度評価にも使用されます。具体的には、動脈を狭くして心臓発作のリスクを高める可能性のある冠動脈内のカルシウム沈着を探します。[60]典型的な冠動脈CTカルシウムスキャンは造影剤を使用せずに行われますが、造影剤を使用した画像から行うこともできます。[61]
解剖学的構造をより良く視覚化するために、画像の後処理が一般的です。[54]最も一般的なのは、多平面再構成（MPR）とボリュームレンダリングです。心臓弁介入などのより複雑な解剖学的構造や手順については、より深い理解を得るために、これらのCT画像に基づいて真の3D再構成または3Dプリントが作成されます。[62] [63] [64] [65]
腹部と骨盤
CTはクローン病のような腹部疾患の診断、[66]消化管出血、癌の診断と病期分類、癌治療後の反応評価のためのフォローアップに正確な技術です。[67]急性腹痛の調査によく使用されます。[68]
非造影CTは現在、尿路結石の診断におけるゴールドスタンダードとなっている。[69]結石の大きさ、体積、密度を推定することで、臨床医は今後の治療方針を決定することができる。特に大きさは、結石の自然排出を予測する上で重要である。[70]
軸骨格と四肢
体幹部骨格や四肢の場合、CTは複数の平面で関心領域を再構成できるため、特に関節周囲の複雑な骨折を画像化するためによく使用されます。骨折、靭帯損傷、脱臼は0.2mmの解像度で簡単に認識できます。[71] [72]最新のデュアルエネルギーCTスキャナーにより、痛風の診断の補助など、新しい使用分野が確立されました。[73]
生体力学的利用
CTは生体力学において、生物組織の形状、解剖学的構造、密度、弾性係数を迅速に明らかにするために使用されます。[74] [75]
その他の用途
工業用途
産業用CTスキャン（産業用コンピュータ断層撮影）は、X線装置を使用して部品の外部と内部の両方の3D画像を作成するプロセスです。産業用CTスキャンは、部品の内部検査のために多くの産業分野で使用されています。CTスキャンの主な用途には、欠陥検出、故障解析、計測、アセンブリ解析、画像ベースの有限要素法[76]、リバースエンジニアリングアプリケーションなどがあります。CTスキャンは、博物館の遺物の画像化と保存にも使用されています。[77]
航空セキュリティ
CTスキャンは輸送セキュリティ（主に空港セキュリティ）にも応用されており、現在は爆発物検出CTX（爆発物検出装置）のための材料分析の文脈で使用されています[78] [79] [80] [81]また、3Dの外観に基づいて特定の脅威アイテム（銃、ナイフ、液体容器など）を検出することを目的としたコンピュータービジョンベースのオブジェクト認識アルゴリズムを使用した自動手荷物/小包セキュリティスキャンへの導入も検討されています。 [82] [83] [84] 2022年3月にシャノン空港で先駆的に導入された空港セキュリティにより、同空港での100mlを超える液体の持ち込み禁止が撤廃され、ヒースロー空港は2022年12月1日に全面導入する予定で、TSAは1,000台以上のスキャナーの注文に7億8,120万ドルを費やし、夏の稼働開始に向けて準備を進めています。
地質学的利用
X線CTは地質学的研究で使用され、掘削コア内の物質を素早く明らかにします。[85] CT画像では、黄鉄鉱や重晶石などの密度の高い鉱物は明るく見え、粘土などの密度の低い成分は鈍く見えます。[86]
古生物学的利用
化石を研究する従来の方法は、薄片の使用や物理的な準備など、破壊的なものが多い。古生物学では、X線CTを使用して化石を非破壊的に3Dで視覚化する。[87]これには多くの利点がある。例えば、他の方法では決して研究できないかもしれない壊れやすい構造を見ることができる。さらに、化石を損傷することなく、仮想3D空間で化石のモデルを自由に動かして検査することができる。
文化遺産の利用
X 線 CT とマイクロ CT は、文化遺産の物品の保存と保全にも使用できます。多くの壊れやすい物品の場合、直接調査や観察を行うと損傷が生じ、時間の経過とともに物品が劣化する可能性があります。CT スキャンを使用すると、保存担当者や研究者は、巻物の層に沿ったインクの位置など、調査対象の物品の材料構成を、追加の損傷なしに特定できます。これらのスキャンは、アンティキティラ島の機械の仕組みや、エンゲディの巻物の焦げた外層に隠されたテキストに焦点を当てた研究に最適です。ただし、ヘルクラネウムのパピルスのように、物品の内部に沿って材料構成がほとんど変化しない特定の遺物もあるため、これらの種類の研究上の質問の対象となるすべての物品に最適というわけではありません。これらのオブジェクトをスキャンした後、エンゲディの巻物とヘルクラネウムのパピルスの仮想開封の場合のように、計算手法を使用してこれらのオブジェクトの内部を調べることができます。[88]マイクロCTは、レターロック（複雑な折り目と切り込み）という「改ざん防止ロック機構」を備えた、封印されたままの歴史的な書簡など、最近の遺物の分析にも有効であることが証明されています。[89] [90]考古学における使用例のさらなる例としては、石棺や陶器の内容物の画像化が挙げられます。[91]
最近、アムステルダムのCWIはアムステルダム国立美術館と協力し、IntACTと呼ばれる枠組みで美術品の内部の詳細を調査している。[92]
微生物研究
様々な種類の菌類が木材をさまざまな程度に劣化させますが、ベルギーの研究グループはサブミクロン解像度の3次元X線CTを使用して、特定の条件下では菌類が0.6μmの微細孔に浸透できることを明らかにしました[93]。
木材製材所
製材工場では、木材生産の総価値を高めるために、工業用 CT スキャナーを使用して節などの丸い欠陥を検出します。ほとんどの製材工場では、長期的に生産性を向上させるためにこの強力な検出ツールを導入する予定ですが、初期投資コストは高額です。
結果の解釈
プレゼンテーション
− 平均強度投影
−最大強度投影
− 薄切片（正中面）
−放射線密度の高閾値と低閾値によるボリュームレンダリング
CT スキャンの結果はボクセルのボリュームであり、さまざまな方法で人間の観察者に提示されますが、大まかに次のカテゴリに当てはまります。
- スライス（様々な厚さ）。薄いスライスは、一般的に3mm未満の厚さを表す平面とみなされます。[94] [95]厚いスライスは、一般的に3mmから5mmの厚さを表す平面とみなされます。[95] [96]
- 投影（最大強度投影[97]と平均強度投影を含む）
- ボリュームレンダリング（VR）[97]
技術的には、すべてのボリュームレンダリングは2次元ディスプレイで見ると投影になるため、投影とボリュームレンダリングの区別は少し曖昧になります。ボリュームレンダリングモデルの典型は、リアルで観察可能な表現を作成するために、たとえば色付けと陰影の組み合わせを特徴としています。[98] [99]
2次元CT画像は通常、患者の足元から見上げたような視界になるようにレンダリングされる。[100]したがって、画像の左側は患者の右側であり、その逆もまた同様であり、画像内の前方は患者の前面であり、その逆もまた同様である。この左右の入れ替えは、医師が患者の前に立ったときに実際に一般的に見る視界に対応している。[101]
グレースケール
CTスキャンで得られた画像内のピクセルは、相対放射線密度で表示される。ピクセル自体は、対応する組織の平均減衰率に応じて、ハウンスフィールドスケールの+3,071（最大減衰）から-1,024（最小減衰）のスケールで表示される。ピクセルは、マトリックスサイズと視野に基づく2次元単位である。CTスライス厚も考慮に入れると、その単位はボクセルと呼ばれ、 3次元単位となる。[102]水の減衰率は0ハウンスフィールド単位（HU）であるのに対し、空気は-1,000 HU、海綿骨は通常+400 HU、頭蓋骨は2,000 HUに達することがある。[103]金属インプラントの減衰は、使用される元素の原子番号に依存します。チタンは通常+1000 HUの量を持ち、鉄鋼はX線を完全に遮断するため、コンピューター断層撮影でよく知られている線状アーティファクトの原因となります。アーティファクトは、低密度材料と高密度材料の間の急激な遷移によって引き起こされ、処理電子機器のダイナミックレンジを超えるデータ値をもたらします。[104]
ウィンドウ
CT データ セットは非常に高いダイナミック レンジを持っているため、表示や印刷のためにはこれを縮小する必要があります。これは通常、「ウィンドウ化」というプロセスによって行われ、ピクセル値の範囲 (「ウィンドウ」) をグレースケール ランプにマッピングします。たとえば、脳の CT 画像は、通常、0 HU から 80 HU まで広がるウィンドウで表示されます。0 以下のピクセル値は黒で表示され、80 以上の値は白で表示され、ウィンドウ内の値はウィンドウ内の位置に比例したグレーの強度で表示されます。[105]表示に使用されるウィンドウは、目に見える詳細を最適化するために、対象物の X 線密度に一致させる必要があります。[106]ウィンドウ幅とウィンドウ レベルのパラメーターは、スキャンのウィンドウ化を制御するために使用されます。[107]
多面的再構成と投影
多断面再構成（MPR）は、解剖学的平面（通常は横断面）から他の平面にデータを変換するプロセスです。薄切片や投影にも使用できます。現在のCTスキャナはほぼ等方性の解像度を提供するため、多断面再構成が可能です。[108]
MPRはほぼすべてのスキャンで使用されています。脊椎はこれを使用して頻繁に検査されます。[109]軸面での脊椎の画像では、一度に1つの椎骨しか表示できず、他の椎骨との関係を示すことができません。他の平面でデータを再フォーマットすることにより、矢状面と冠状面での相対位置の視覚化が可能になります。[110]
新しいソフトウェアでは、非直交（斜）平面でのデータの再構築が可能になり、直交平面にない臓器の可視化に役立ちます。[111] [112]気管支はスキャンの方向に対して直交していないため、気管支の解剖学的構造の可視化に適しています。[113]
曲面再構成（または曲面再構成 = CPR）は、主に血管の評価のために行われます。このタイプの再構成は、血管の曲がりをまっすぐにするのに役立ち、それによって血管全体を1枚または複数の画像で視覚化するのに役立ちます。血管が「まっすぐ」になった後、断面積や長さなどの測定を行うことができます。これは、外科手術の術前評価に役立ちます。[114]
デジタル再構成されたレントゲン写真を含む、放射線治療における品質保証と外部放射線治療の計画に使用される 2D 投影については、「ビームの視点」を参照してください。
ボリュームレンダリング
放射線密度の閾値はオペレータによって設定される（例えば、骨に対応するレベル）。エッジ検出画像処理アルゴリズムの助けを借りて、初期データから3Dモデルを構築し、画面に表示することができる。さまざまな閾値を使用して複数のモデルを取得でき、筋肉、骨、軟骨などの各解剖学的構成要素は、それぞれに与えられた異なる色に基づいて区別することができる。ただし、この操作モードでは内部構造を表示できない。[116]
サーフェスレンダリングは、特定の閾値密度を満たし、視聴者に向かっている表面のみを表示するため、限られた技術です。しかし、ボリュームレンダリングでは、透明度、色、陰影が使用され、単一の画像でボリュームを簡単に表示できます。たとえば、骨盤の骨を半透明で表示できるため、斜めの角度で表示しても、画像の一部が他の部分を隠すことはありません。[117]
画質
線量と画質
今日の放射線医学における重要な課題は、画質を損なわずにCT検査中の放射線量を減らすことです。一般的に、放射線量が高いほど画像の解像度は高くなりますが、[118]放射線量が低いと画像ノイズが増加し、画像が鮮明でなくなります。しかし、放射線量が増えると、放射線誘発がんのリスクなど、副作用が高まります。腹部の4相CT検査では、胸部X線300枚と同じ量の放射線が照射されます。[119] CTスキャン中に電離放射線への被ばくを減らす方法はいくつかあります。[120]
- 新しいソフトウェア技術により、必要な放射線量を大幅に削減できます。新しい反復 断層撮影再構成アルゴリズム（反復スパース漸近最小分散法など）は、より高い放射線量を必要とせずに超解像を提供できます。[121]
- 検査は個別に行い、検査する体型や臓器に応じて放射線量を調整します。体型や臓器によって必要な放射線量は異なります。[122]
- 小さな肺腫瘤の検出など、高解像度は必ずしも適切ではない。[123]
遺物
CTで生成される画像は、一般的にスキャンされた体積を忠実に再現するものの、この技術は以下のような多くのアーティファクトの影響を受けやすい。 [124] [125]第3章と第5章
- ストリークアーティファクト
- 縞模様は、金属や骨など、ほとんどのX線を遮断する物質の周囲によく見られます。これらの縞模様の原因には、アンダーサンプリング、光子不足、動き、ビーム硬化、コンプトン散乱など、さまざまな要因があります。このタイプのアーティファクトは、脳の後頭蓋窩や金属インプラントがある場合によく発生します。縞模様は、新しい再構成技術を使用して軽減できます。[126]金属アーティファクト軽減（MAR）などのアプローチでも、このアーティファクトを軽減できます。[127] [128] MAR技術にはスペクトルイメージングが含まれます。これは、異なるエネルギーレベルの光子を使用してCT画像を撮影し、GSI（Gemstone Spectral Imaging）などの特別なソフトウェアを使用して単色画像に合成します。 [129]
- 部分容積効果
- これは、エッジの「ぼやけ」として現れます。これは、スキャナーが少量の高密度物質（骨など）と大量の低密度物質（軟骨など）を区別できないためです。[130]再構成では、各ボクセル内のX線減衰が均一であると想定されていますが、鋭いエッジではそうではない場合があります。これは、従来、平面解像度よりも平面外解像度がはるかに低い、高度に異方性のボクセルを使用しているため、Z方向（頭尾方向）で最もよく見られます。これは、より薄いスライスを使用してスキャンするか、最新のスキャナーで等方性取得を行うことで部分的に克服できます。[131]
- リングアーティファクト
- おそらく最も一般的な機械的アーティファクトである、1 つまたは複数の「リング」の画像が画像内に現れます。これらは通常、欠陥またはキャリブレーションの誤りにより、2 次元 X 線検出器内の個々の要素からの応答にばらつきがあることによって発生します。[132]リング アーティファクトは、強度正規化 (フラット フィールド補正とも呼ばれます) によって大幅に軽減できます。[133]残りのリングは、極空間への変換によって抑制でき、極空間では線状のストライプになります。[132] X 線断層撮影画像におけるリング アーティファクトの軽減の比較評価では、Sijbers と Postnov の方法がリング アーティファクトを効果的に抑制できることが示されました。[134]
- ノイズ
- これは画像に粒状感として現れ、信号対雑音比が低いために発生します。これは薄いスライス厚が使用される場合によく発生します。また、X線管に供給される電力が人体構造を貫通するのに不十分な場合にも発生する可能性があります。[135]
- 風車
- 検出器が再構成面と交差すると縞模様が現れることがあるが、これはフィルターやピッチの低減によって軽減できる。[136] [137]
- ビームハードニング
- グレースケールを高さとして視覚化すると、カップ状の外観になることがあります。これは、X 線管などの従来の光源が多色スペクトルを放射するために発生します。光子エネルギーレベルが高い光子は、通常、減衰が少なくなります。このため、スペクトルの平均エネルギーはオブジェクトを通過するときに増加し、しばしば「硬くなる」と表現されます。修正しないと、材料の厚さを過小評価する効果につながります。このアーティファクトを修正するためのアルゴリズムは多数存在します。これらは、単一材料法と複数材料法に分けられます。[126] [138] [139]
利点
CTスキャンには、従来の2次元医療用放射線撮影に比べていくつかの利点があります。第一に、CTでは関心領域外の構造の画像が重なることはありません。[140 ] 第二に、CTスキャンは画像解像度が高く、より細かい部分の検査が可能です。CTでは、放射線密度が1%以下の組織を区別することができます。[ 141 ]第三に、CTスキャンでは多平面再フォーマット画像化が可能で、スキャンデータは診断タスクに応じて横断面（または軸方向）、冠状面、または矢状面で視覚化できます。[142]
CTの解像度の向上により、新たな検査の開発が可能になりました。たとえば、CT血管造影ではカテーテルの侵襲的挿入が避けられます。CTスキャンでは、従来の大腸内視鏡検査よりも正確で患者の不快感が少ない仮想大腸内視鏡検査を行うことができます。 [ 143] [144]仮想大腸内視鏡検査は、腫瘍の検出においてバリウム注腸検査よりもはるかに正確であり、放射線量も少なくなります。[145]
CTは中程度から高レベルの放射線診断技術です。特定の検査の放射線量は、スキャンする体積、患者の体格、スキャンプロトコルの数と種類、必要な解像度と画質など、複数の要因によって異なります。[146]ヘリカルCTスキャンの2つのパラメータ、管電流とピッチは簡単に調整でき、放射線に大きな影響を与えます。CTスキャンは、前方椎体間固定を評価する上で2次元レントゲン写真よりも正確ですが、それでも固定の範囲を過大評価する可能性があります。[147]
副作用
癌
CTスキャンで使用される放射線は、 DNA分子を含む体細胞に損傷を与え、放射線誘発性癌を引き起こす可能性があります。[148] CTスキャンで受ける放射線量はさまざまです。最も線量の低いX線技術と比較すると、CTスキャンの線量は従来のX線の100〜1,000倍高くなります。[149]ただし、腰椎X線検査の線量は頭部CTと同程度です。[150]メディアの記事では、最も線量の低いX線技術（胸部X線）と最も線量の高いCT技術を比較して、CTの相対的な線量を誇張することがよくあります。一般に、通常の腹部CTの放射線量は、平均的な背景放射線の3年分に相当します。[151]
大規模な人口ベースの研究では、CTスキャンによる低線量放射線がさまざまながんの発生率に影響を与えることが一貫して実証されています。[152] [153] [154] [155]たとえば、大規模な人口ベースのオーストラリアのコホートでは、脳腫瘍の最大3.7％がCTスキャンの放射線によって引き起こされたことがわかりました。[156]一部の専門家は、将来、すべてのがんの3〜5％が医療画像診断によって発生すると予測しています。[149] 1,090万人を対象としたオーストラリアの研究では、このコホートでのCTスキャン被ばく後のがん発生率の増加は、主に放射線によるものであると報告されました。このグループでは、1,800回に1回のCTスキャンで過剰ながんが発生しました。生涯のがん発症リスクが40％である場合、CT後の絶対リスクは40.05％に上昇します。 CTスキャンの放射線のリスクは、1年から5年という短い期間内に繰り返しCTスキャンを受ける患者にとって特に重要です。[157] [158] [159]
専門家の中には、CTスキャンは「過剰に使用されている」ことが知られており、「現在のスキャン率の高さが健康状態の改善につながるという証拠は、残念ながらほとんどない」と指摘する者もいる。[149]一方、高い累積線量を受けた患者のデータを分析した最近の論文では、適切な使用率が高いことが示された。[160]これにより、これらの患者のがんリスクという重要な問題が生じる。さらに、これまで報告されていなかった非常に重要な発見は、一部の患者が1日でCTスキャンから100mSvを超える線量を受けたことであり、[158]これは、一部の研究者が長期被ばくと急性被ばくの影響について抱いている既存の批判に反論するものである。
反対意見もあり、議論は続いている。いくつかの研究では、一般的な体幹部CTスキャンの放射線量でがんのリスクが増加すると示唆する論文は、深刻な方法論的限界といくつかの非常にありそうもない結果に悩まされていることが示されており、[161]このような低線量が長期的な害を引き起こすことを示す証拠はないという結論が出ている。[162] [163] [164] ある研究では、米国のがんの最大0.4％がCTスキャンによるものであり、2007年のCT使用率に基づくと、この割合は1.5～2％にまで増加している可能性があると推定されている。 [148]この推定に異議を唱える人もいる。 [165] CTスキャンで使用される低レベルの放射線が損傷を引き起こすというコンセンサスはない。腎疝痛の検査など、多くの場合、より低い放射線量が使用されている。[166]
年齢はその後のがんリスクに重要な役割を果たす。[167] 1歳児の腹部CT検査による生涯のがん死亡リスクは0.1%、つまり1:1000スキャンと推定される。[167] 40歳のリスクは20歳のリスクの半分であり、高齢者のリスクは大幅に低くなる。[167]国際放射線防護委員会は、胎児が10mGy （放射線被ばくの単位）に被ばくするリスクにより、20歳までのがん発生率が0.03%から0.04%に増加すると推定している（参考までに、CT肺血管造影では胎児は4mGy被ばくする）。[168] 2012年のレビューでは、医療放射線と小児がんリスクの関連性は認められなかったが、レビューの根拠となった証拠には限界があることが指摘されている。[169] CTスキャンは、小児の被ばく線量を低減するためにさまざまな設定で実行することができ、2007年現在、ほとんどのCTスキャンメーカーはこの機能を組み込んでいる。[170]さらに、特定の状況では、小児が複数回のCTスキャンを受ける必要がある場合がある。[148]
現在、CTスキャンのリスクについて患者に知らせることが推奨されています。[171]しかし、画像診断センターの従業員は、患者が尋ねない限り、そのようなリスクを伝えない傾向があります。[172]
造影剤反応
米国では、CTスキャンの半分は静脈注射による造影剤を使用した造影CTです。[173]これらの造影剤による最も一般的な反応は、吐き気、嘔吐、かゆみを伴う発疹など、軽度です。生命を脅かす重篤な反応がまれに発生することがあります。[174]全体的な反応は、非イオン性造影剤では1～3％ 、イオン性造影剤では4～12％の人に発生します。[175]皮膚の発疹は、1週間以内に3％の人に現れることがあります。[174]
古い造影剤は1%の症例でアナフィラキシーを引き起こしたが、新しい低浸透圧造影剤は0.01～0.04%の症例で反応を引き起こした。[174] [176] 100万回の投与につき約2～30人が死亡しており、新しい造影剤はより安全である。[175] [177] 女性、高齢者、健康状態の悪い人では死亡リスクが高く、通常はアナフィラキシーまたは急性腎障害が原因である。[173]
造影剤により、造影剤腎症が誘発されることがある。[178]この疾患は、造影剤投与を受けた人の2～7%に発生し、腎不全、[178]糖尿病、または血管内容量減少のある人ではリスクがさらに高くなる。軽度の腎機能障害のある人は通常、注射の前後数時間は十分な水分補給をするように勧められる。中等度の腎不全では、ヨード造影剤の使用を避けるべきであり、これはCTの代わりに別の技術を使用することを意味する場合がある。透析を必要とする重度の腎不全の人では、腎臓の機能がほとんど残っていないためそれ以上の損傷は目立たず、透析により造影剤が除去されるため、それほど厳密な予防措置は必要ない。ただし、造影剤の副作用を最小限に抑えるため、造影剤投与後はできるだけ早く透析を手配することが通常推奨される。
腹部の検査では、静脈内造影剤の使用に加えて、経口投与造影剤が頻繁に使用されます。[179]これらは、静脈内造影剤と同じであることが多く、濃度の約10%に希釈されているだけです。ただし、非常に薄い（0.5～1% w/v）硫酸バリウム懸濁液など、ヨード造影剤の経口代替品も存在します。希釈硫酸バリウムは、アレルギー型反応や腎不全を引き起こさないという利点がありますが、損傷した腸から硫酸バリウムが漏れると致命的な腹膜炎を引き起こす可能性があるため、腸穿孔または腸損傷が疑われる患者には使用できません。[180]
一部のCTスキャンで静脈内投与される造影剤の副作用は、腎臓病患者の腎機能に悪影響を及ぼす可能性があるが、このリスクは以前考えられていたよりも低いと考えられている。[181] [178]
スキャン線量
この表は平均的な放射線被曝量を示しているが、同様のスキャンタイプ間でも放射線量に大きなばらつきがあり、最高線量は最低線量の22倍にもなることがある。[167]一般的な単純X線フィルムの放射線量は0.01～0.15mGyであるのに対し、一般的なCTでは特定の臓器に対して10～20mGy、特定の特殊なCTスキャンでは80mGyに達することもある。[184]
比較のために言うと、自然発生的な背景放射線源からの世界平均線量率は年間2.4 mSvであり、この用途では実質的に年間 2.4 mGy に等しい。 [182]多少のばらつきはあるものの、ほとんどの人 (99%) は年間 7 mSv 未満の背景放射線を浴びている。[186] 2007 年現在、米国の人々の放射線被曝量の半分は医療用画像診断によるもので、そのうち 3 分の 2 は CT スキャンによるものであった。[167]英国では、CT スキャンが放射線被曝量の 15% を占めている。[168] 2007 年現在、医療用画像診断による平均放射線量は、世界全体で 1 人あたり約 0.6 mSv である。[167]米国の原子力産業従事者は、年間 50 mSv、5 年ごとに 100 mSv の被曝量に制限されている。[167]
鉛は、散乱したX線を 遮蔽するために放射線技師が使用する主な材料です。
放射線量の単位
グレイまたはmGy単位で報告される放射線量は、放射線を受けた体の部分が吸収すると予想されるエネルギー量に比例し、X線放射による細胞の化学結合に対する物理的影響（DNA二重鎖切断など）はそのエネルギーに比例します。[187]
シーベルト単位は実効線量の報告に用いられる。CTスキャンの場合、シーベルト単位はスキャンされた身体部位が実際に吸収する放射線量ではなく、別のシナリオの別の放射線量に対応する。つまり、全身が別の放射線量を吸収し、その別の放射線量がCTスキャンと同じ癌誘発確率を持つと推定される大きさである。[188]したがって、上の表に示されているように、スキャンされた身体部位によって実際に吸収される放射線は、実効線量が示唆するよりもはるかに大きいことが多い。コンピュータ断層撮影線量指数（CTDI）と呼ばれる特定の尺度は、スキャン領域内の組織の放射線吸収線の推定値として一般的に使用され、医療用CTスキャナーによって自動的に計算される。[189]
等価線量とは、実際に全身が吸収する放射線量と同じ量の放射線を吸収した場合の実効線量であり、その報告ではシーベルト単位が使用される。CT検査でよく見られるように、放射線が不均一であったり、体の一部にのみ照射される場合、局所等価線量のみを使用すると、生体全体に対する生物学的リスクを過大評価することになる。[190] [191] [192]
放射線の影響
放射線被曝による健康への悪影響は、主に次の 2 つのカテゴリに分類できます。
- 決定論的影響（有害な組織反応）は主に高線量被ばく後の細胞の死滅/機能不全に起因する[193]
- 確率的影響、すなわち、体細胞の突然変異による被ばくした個人のがん発症、または生殖細胞の突然変異による子孫の遺伝性疾患を伴うがんおよび遺伝性影響。[194]
8mSvの腹部CT検査1回による生涯のがん発症リスクの増加は0.05％、つまり2,000人に1人と推定されている。[195]
胎児は放射線被曝に対して感受性が高いため、CTスキャンの放射線量は妊娠中の医療画像診断を選択する上で重要な考慮事項である。[196] [197]
過剰摂取
2009 年 10 月、米国食品医薬品局(FDA) は、ある特定の施設でこのタイプの CT スキャンの不適切な設定が原因で発生した放射線火傷に基づき、脳灌流 CT (PCT) スキャンの調査を開始しました。200 人以上の患者が 18 か月間、予想の約 8 倍の放射線にさらされ、そのうちの 40% 以上が部分的に脱毛しました。この事件により、CT 品質保証プログラムの強化を求める声が上がりました。「不必要な放射線被曝は避けるべきですが、適切な取得パラメータで取得された医学的に必要な CT スキャンには、放射線リスクを上回る利点があります」と指摘されました。[167] [198]同様の問題が他のセンターでも報告されています。[167]これらの事件は人為的ミスによるものと考えられています。[167]
手順
CTスキャンの手順は、検査の種類や撮影する臓器によって異なります。患者はCT台に横たわり、体の部位に応じて台の中心合わせが行われます。造影CTの場合は、IVラインが確立されます。圧力インジェクターから適切な[説明が必要]と造影率を選択した後、スカウトがスキャンの位置を特定して計画します。計画を選択すると、造影剤が投与されます。生データは検査に応じて処理され、スキャンが診断しやすいように適切なウィンドウ処理が行われます。[199]
準備
患者の準備はスキャンの種類によって異なる場合があります。一般的な患者の準備には以下が含まれます。[199]
- インフォームドコンセントに署名する。
- 関心領域から金属物や宝石類を除去します。
- 病院の規定に従って病院のガウンに着替えます。
- 腎機能、特にクレアチニンと尿素のレベルをチェックする（ CECTの場合）。[200]
機構
T: X 線管、
D: X 線検出器、
X: X 線ビーム、
R: ガントリーの回転
コンピュータ断層撮影は、物体の周りを回転するX線発生器を使用して行われます。X線検出器は、 X線源の円の反対側に配置されています。[202] X線が患者を通過すると、組織密度に応じてさまざまな組織によって異なる減衰が行われます。[203]取得された生データの視覚的表現はサイノグラムと呼ばれますが、解釈には十分ではありません。[204]スキャンデータが取得されると、一連の断面画像を生成する断層再構成形式を使用してデータを処理する必要があります。 [205]これらの断面画像は、ピクセルまたはボクセルの小さな単位で構成されています。[206]
CTスキャンで得られた画像内のピクセルは、相対的な放射線密度で表示される。ピクセル自体は、対応する組織の平均減衰率に応じて、ハウンスフィールドスケールの+3,071（最も減衰率が高い）から-1,024（最も減衰率が低い）のスケールで表示される。ピクセルは、マトリックスサイズと視野に基づく2次元単位である。CTスライス厚も考慮に入れると、この単位はボクセルと呼ばれ、 3次元単位となる。[206]
水の減衰は 0ハウンスフィールド単位(HU) ですが、空気は -1,000 HU、海綿骨は通常 +400 HU、頭蓋骨は 2,000 HU 以上 (側頭骨) に達し、アーティファクトを引き起こす可能性があります。金属インプラントの減衰は、使用する元素の原子番号によって異なります。チタンは通常 +1000 HU の量があり、鉄鋼は X 線を完全に消し去ることができるため、コンピューター断層撮影でよく知られている線アーティファクトの原因となります。アーティファクトは、低密度材料と高密度材料の間の急激な遷移によって引き起こされ、処理電子機器のダイナミック レンジを超えるデータ値になります。2 次元 CT 画像は、通常、患者の足元から見上げているようなビューになるようにレンダリングされます。[100]したがって、画像の左側は患者の右側であり、その逆もまた同様であり、画像の前部は患者の前部であり、その逆もまた同様である。この左右の入れ替えは、医師が患者の前に立ったときに実際に一般的に見る視界に対応している。
当初、CTスキャンで生成された画像は、体の長軸に垂直な横断（軸方向）解剖学的平面でした。現代のスキャナーでは、スキャンデータを他の平面の画像として再フォーマットできます。デジタルジオメトリ処理により、固定軸を中心に回転して撮影した一連の2次元放射線画像から、体内の物体の3次元画像を生成できます。[124]これらの断面画像は、医療診断や治療に広く使用されています。[207]
対比
X線CTや単純X線フィルムに使用される造影剤は造影剤と呼ばれる。CT用の造影剤は一般にヨウ素系である。[208]これは、血管などの周囲との区別が難しい構造を強調するのに有用である。造影剤を使用すると、組織の機能情報を得るのにも役立つ。多くの場合、造影剤ありとなしの両方で画像が撮影される。[209]
歴史
X線CTの歴史は、少なくとも1917年のラドン変換の数学的理論まで遡る。[210] [211] 1963年10月、ウィリアム・H・オルデンドルフは「高密度物質で隠された内部物体の選択された領域を調査するための放射エネルギー装置」で米国特許を取得した。[212]最初の商業的に実現可能なCTスキャナーは、1972年にゴッドフリー・ハウンズフィールドによって発明された。 [213]
1960年代のビートルズのレコードの売り上げがEMIの最初のCTスキャナーの開発資金になったとよく言われる。実際に最初に生産されたX線CT装置はEMIスキャナーと呼ばれていた。[214]
語源
トモグラフィーという言葉は、ギリシャ語の tome「スライス」とgraphein「書く」に由来しています。 [215]コンピュータ断層撮影は、今日では音楽とレコーディング事業で最もよく知られている会社であるEMIの研究部門で1970年代初頭に開発されたため、もともと「EMIスキャン」と呼ばれていました。[216]その後、コンピュータ断層撮影（CATまたはCTスキャン）や人体断面レントゲン撮影として知られるようになりました。[217]
現在のCTスキャンでは多平面再構成が可能になったため、 CATスキャンという用語はもはや専門用語として使われていない。そのため、CTスキャンは最も適切な用語であり、放射線科医が日常会話で使用しているほか、教科書や科学論文でも使用されている。 [218] [219] [220]
医学主題標目表（MeSH）では、1977年から1979年までは「computed axis tomography」が使用されていましたが、現在の索引ではタイトルに「X-ray」が明示的に含まれています。 [221]
サイノグラムという用語は1975年にポール・エドホルムとベルティル・ヤコブソンによって導入されました。[222]
社会と文化
キャンペーン
国民の懸念の高まりとベストプラクティスの継続的な進歩に応えて、小児放射線学会内に小児画像診断における放射線安全同盟が結成されました。小児放射線学会は、米国放射線技師会、米国放射線学会、米国医学物理学会と協力して、小児患者に対して利用可能な最低線量と最良の放射線安全慣行を適用しながら高品質の画像診断を維持することを目的としたImage Gentlyキャンペーンを開発し、開始しました。[224]この取り組みは、世界中のさまざまな専門医療組織によって支持および適用されており、放射線科で使用される機器を製造する企業からサポートと支援を受けています。
Image Gentlyキャンペーンの成功を受けて、アメリカ放射線学会、北米放射線学会、アメリカ医学物理学会、アメリカ放射線技師会は、成人人口におけるこの問題に対処するためにImage Wiselyと呼ばれる同様のキャンペーンを開始しました。[225]
世界保健機関と国連の国際原子力機関（IAEA）もこの分野で活動しており、ベストプラクティスを広げ、患者の放射線量を下げることを目的としたプロジェクトを進行中です。 [226] [227]
有病率
CTの使用は過去20年間で劇的に増加した。[29]米国では2007年に推定7200万回のスキャンが実施され、[30]これは放射線および核医学検査による一人当たりの総線量率のほぼ半分を占める。[228] CTスキャンのうち、6〜11％は小児で行われ、[168] 1980年から7〜8倍の増加である。[167]欧州とアジアでも同様の増加が見られている。[167]カナダのカルガリーでは、緊急の症状を訴えて救急外来を受診した人の12.1％がCTスキャンを受けており、最も多かったのは頭部または腹部のCTスキャンであった。しかし、CTを受けた割合は、診察した救急医によって1.8％から25％まで大きく異なっていた。 [229]米国の救急外来では、2007年現在、負傷した患者の15％に対してCTまたはMRI検査が行われています（1998年の6％から増加）。 [230]
CTスキャンの使用増加は、成人のスクリーニング（喫煙者の肺のスクリーニングCT、バーチャル大腸内視鏡検査、CT心臓スクリーニング、無症状の患者の全身CT）と小児のCT画像の2つの分野で最も大きくなっています。スキャン時間が約1秒に短縮され、被験者が動かずにいるか鎮静されている必要がなくなったことが、小児人口の大幅な増加の主な理由の1つです（特に虫垂炎の診断の場合）。[148] 2007年現在、米国ではCTスキャンの一部が不必要に実行されています。[170]一部の推定では、この数字は30％です。[168]これには、法的懸念、金銭的インセンティブ、および国民の要望など、いくつかの理由があります。[170]たとえば、健康な人の中には、スクリーニングとして全身CTスキャンを受けるために熱心にお金を支払う人もいます。その場合、利益がリスクとコストを上回るかどうかはまったく明らかではありません。偶発腫瘍を治療するかどうか、またどのように治療するかを決定することは複雑であり、放射線被ばくは無視できず、スキャンにかかる費用には機会費用が伴います。[170]
メーカー
CTスキャン装置および機器の主要メーカーは以下のとおりです。[231]
GEヘルスケア
シーメンス ヘルシナーズ
キヤノンメディカルシステムズ株式会社（旧東芝メディカルシステムズ）
フィリップスNV- 富士フイルムヘルスケア（旧日立メディカルシステムズ）
ニューソフトメディカルシステムズ- ユナイテッドイメージング
研究
光子計数コンピュータ断層撮影は、現在開発中のCT技術である。[現在? ]一般的なCTスキャナはエネルギー積分型検出器を使用する。光子は、検出されたX線に比例するコンデンサの電圧として測定される。しかし、この技術はノイズやその他の要因の影響を受けやすく、電圧とX線強度の関係の直線性に影響を与える可能性がある。[232]光子計数検出器（PCD）もノイズの影響を受けますが、測定される光子の数は変化しない。PCDには、信号（およびコントラスト）対ノイズ比の改善、線量の低減、空間分解能の向上、複数のエネルギーの使用による複数の造影剤の区別など、いくつかの潜在的な利点がある。[233] [234] PCDは、必要なデータの量と速度に対応できる検出器技術の改善により、最近になってようやくCTスキャナで実現可能になった。2016年2月現在、光子計数CTは3つの施設で使用されている。[235]初期の研究では、乳房画像診断における光子計数CTの線量低減の可能性が非常に有望であることがわかっています。[236] CTスキャンの繰り返しによる患者の累積線量が高いという最近の研究結果を考慮して、CTスキャンプロセス中に患者への電離放射線量をミリシーベルト未満（文献ではmSv未満）のレベルにまで低減するスキャン技術と手法が求められていますが、この目標は長らく実現されていません。[237] [158] [159] [160]
参照
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズには、コンピュータ断層撮影に関連するメディアがあります。
- CT画像診断の開発
- CT アーティファクト — David Platten による PPT
- フィラー A (2009-06-30)。「神経診断と脳神経外科におけるコンピューター画像診断の歴史、発展、影響: CT、MRI、DTI」。Nature Precedings : 1. doi : 10.1038/npre.2009.3267.4。ISSN 1756-0357 。
- Boone JM 、McCollough CH (2021)。 「コンピュータ断層撮影50周年」。Physics Today。74 ( 9) : 34–40。Bibcode : 2021PhT ....74i..34B。doi : 10.1063/ PT.3.4834。ISSN 0031-9228。S2CID 239718717 。